【文章內(nèi)容簡介】 芯片，本著開發(fā)項目盡量縮減成本的原則我們最終選取了該芯片。 顯示器的選擇 選取 smc1602a LCD點陣型液晶對單片機處理過后的數(shù)據(jù)進行顯示。 數(shù)據(jù)采集電路 放大電路 A D 轉(zhuǎn) 換 單 片 機 顯示電路 自動換擋電路 4 4 各硬件模塊的具體實現(xiàn)方案 系統(tǒng)硬件以 OP07 為核心，包括電源模 塊、數(shù)據(jù)采集模塊、 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、自動換檔模塊、 液晶 顯示模塊。 電源模塊 3kg 稱重傳感器能承受的激勵電壓為 5～ 10V，運放電路要求正負 9V 電源。 電源原理 穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成，如圖 3 U1 U2 U3 U4 U5 圖 3 電源方框及波形圖 ⑴ 整流和濾波電路：整流作用是將交流電壓 U2變換成脈動電壓 U3。濾波電路一般由電容組成，其作用是脈動電壓 U3中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓U4。 ⑵ 穩(wěn)壓電路：由于得到的輸出電壓 U4受負載、輸入電壓和 溫度的影響 不穩(wěn)定 ， 為了得到更為穩(wěn)定電壓添加了穩(wěn)壓電路，從而得到穩(wěn)定的電壓 U0。 傳感器模塊 電阻應(yīng)變式傳感器就是將被測物理量的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化 , 再經(jīng)相應(yīng)的測量電路而最后顯示或記錄被測量值的變化。在這里，我們用電阻應(yīng)變式傳感器作為測量電路的核心。并應(yīng)根據(jù)測量對象的要求，恰當(dāng)?shù)剡x擇精度和范圍度 [1]。 電源變壓器 整流電路 濾 波 電路 穩(wěn) 壓 電 路 5 電阻應(yīng)變式稱重傳感器是把電阻應(yīng)變計粘貼在彈性敏感元件上，然后以適當(dāng)方式組成電橋的一種將力（重量）轉(zhuǎn)換成電信號的傳感器。 電阻應(yīng)變式稱重傳感器包括兩個主要部分，一個是彈性敏感元件：利用它將被測的重量轉(zhuǎn)換為彈 性體的應(yīng)變值；另一個是電阻應(yīng)變計：它作為傳感元件將彈性體的應(yīng)變，同步地轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。電阻應(yīng)變片所感受的機械應(yīng)變量一般為 ，隨之而生的電阻變化率也大約在 106~107數(shù)量級之間。這樣小的電阻變化用一般測量電阻的儀表很難測出，必須采用一定形式的測量電路將微小的電阻變化率轉(zhuǎn)變成電壓或電流的變化，才能用二次儀表顯示出來。在電阻應(yīng)變式稱重傳感器中通過橋式電路將電阻的變化轉(zhuǎn)換為電壓變化。電阻應(yīng)變式稱重傳感器工作原理框圖如圖 5 所示： 圖 4電阻應(yīng)變式稱重傳感器工作原理框圖 當(dāng)傳 感器不受載荷時，彈性敏感元件不產(chǎn)生應(yīng)變，粘貼在其上的應(yīng)變片不發(fā)生變形，阻值不變，電橋平衡，輸出電壓為零；當(dāng)傳感器受力時，即彈性敏感元件受載荷 P時，應(yīng)變片就會發(fā)生變形，阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，有輸出電壓 [2]。 電阻應(yīng)變式稱重傳感器橋式測量電路如圖 6所示： 圖 5 橋式測量電路 R R R R4 為 4 個應(yīng)變片電阻，組成了橋式測量電路， Rm 為溫度補償電阻， e 為激勵電壓， V為輸出電壓。 若不考慮 Rm，在應(yīng)變片電阻變化以前，電橋的輸出電壓為： eRR RRR RV ?????? ???? 43 421 1 載荷 P 電壓 應(yīng)變 ε 電阻變化 Δ R 輸出 敏感元件 應(yīng)變片 測量電橋 6 由于橋臂的起始電阻全等，即 R1 = R2 = R3 = R4 = R，所以 V=0 。 當(dāng)應(yīng)變片的電阻 R R R R4變成 R+△ R R+△ R R+△ R R+△ R4 時，電橋的輸 出電壓變?yōu)椋? eRRRR RRRRRR RRV ?????? ????? ???????? ??? 43 421 11 通過化簡，上式則變?yōu)椋? ?????? ???????? RRRRRRRReV 43214 也就是說，電橋輸出電壓的變化與各臂電阻變化率的代數(shù)和成正比。 如果四個橋臂應(yīng)變片的靈敏系數(shù)相同，且 ?KRR?? ，則上式又可寫成： ? ?43214 ???? ???? eKV 式中 K為應(yīng)變片靈敏系數(shù)，ε為應(yīng)變量。 上式表明，電橋的輸出電壓和四個轎臂的應(yīng)變片所感受的應(yīng)變量的代數(shù)和成正比。在電阻應(yīng)變式稱重傳感器中， 4 個應(yīng)變片分別貼在彈性梁的 4個敏感部位，傳感器受力作用后 發(fā)生變形。在力的作用下， R R3 被拉伸，阻值增大，△ R△ R3 正值， RR4 被壓縮， 阻值減小，△ R△ R4 為負值。再加之應(yīng)變片阻值變化的絕對值相同，即 ： △ R1 = △ R3 = + △ R或ε 1 = ε 3 = +ε △ R2 = △ R4= △ R或ε 2 = ε 4 = ε 因此： eKRmR ReRRRmR ReRmR RR RRR RRV ?22222 ??????????? ??????? ?????? 令 eUSu? ，則 ?KRmR RSu 2?? ， Su稱為傳感器系數(shù)或傳感器輸出靈敏度。 圖 6應(yīng)變式傳感器安裝示意圖 7 差動放大電路 目前的電子稱重裝置大都使用電阻應(yīng)變橋式傳感器 ,其核心是由電阻應(yīng)變計 (應(yīng)變片 )構(gòu)成的電橋電路 ,這類傳感器具有成本低、精度高且溫度穩(wěn)定性好的特點。但其檢測原理決定該類傳感器輸出電壓低 ,要經(jīng)過差分放大電路放大數(shù)百倍才能用于 A/D 轉(zhuǎn)換。一般說來，傳感器輸出的電壓值都非常小，基本上都是毫伏級甚至微伏級。在設(shè)計高精度電子秤時，需要外部放大電路來獲得足夠的增益。 儀表 儀器放大器 的選型很多，我們這里介紹一種用途非常廣泛的儀表放大器，就是典型的差動放大器。它只需 高精度 OP07 和幾只電阻器，即可構(gòu)成性能優(yōu)越的儀表用放大器。廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動控制、儀器儀表、電氣測量 等 數(shù)字采集的系統(tǒng)中 [3]。 OP07 參數(shù)： ⑴ 低的輸入噪聲電壓幅度 — μ VPP ( ～ 10Hz) ⑵ 極低的輸入失調(diào)電壓 — 10 μ V ⑶ 極低的輸入失調(diào)電壓溫漂 — μ V/ ℃ ⑷ 具有長期的穩(wěn)定性 — μ V/MO ⑸ 低的輸入偏置電流 — 177。 1nA ⑹ 高的共模抑制比 — 126dB ⑺ 寬的共模輸入電壓范圍 — 177。 14V ⑻ 寬的電源電壓范圍 — 177。 3V ～177。 22V OP07 芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運算放大器集成電路。由于 OP07 具有非常低的輸入失調(diào)電壓，所以 OP07 在很多應(yīng)用場合不需要額外的調(diào)零措施。 OP07 同時具有輸入偏置電流低和開環(huán)增益高的特點，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得 OP07特別適用于高增益的測量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號等方面 [4]。 芯片封裝如下圖： 圖 7 芯片封裝圖 Offset Null 1 Inverting Input 2 Noninverting Inpute 3 Vcc 4 8 Offset Null2 7 Vcc+ 6 Output 5 . — + 8 OP07 芯片引腳功能說明： 1和